기화

기화(vaporization)는 액체 물질을 기체 또는 증기로 변화시킵니다. 이를 달성하기 위해서는 운동 에너지가 분자를 결합시키는 분자 간 힘보다 커야합니다. 주어진 압력과 일정한 온도에서 일정량의 액체를 기화하는데 필요한 에너지의 양을 기화열(heat of vaporization)이라고 합니다. 물의 경우 액체에서 기화되면 수증기로 변합니다.

방법

끓는점(비등점)에 도달할 때까지 액체에 열을 가하는 것은 기화의 한 방법입니다. 비등(끓임)은 액체의 표면 아래에서 증기 기포가 형성되는 기화의 한 유형입니다. 끓는점은 대기압에 따라 달라집니다. 대기압이 높을수록 끓는 점에 도달하는데 더 많은 에너지가 필요합니다. 물은 해수면에서 100^oC (212^oF)에 끓는데, 이런 해수면 상에서 측정된 온도는 정상 또는 대기 중 끓는점이라고 합니다. 반면 높은 고도에서 물은 끓는데 더 적은 에너지를 필요로 합니다. 에베레스트 산에서는 물이 약 71^oC (160 ^oF)에서 끓습니다. 대기가 희박하고 극도로 추운 우주에서는 물이 높은 열용량 때문에 끓었다가 바로 얼어붙습니다.

증발(evaporation)의 또 다른 유형의 기화로서 끓는점 아래에서 발생합니다. 이 과정에서 분자 간 힘을 능가할 정도의 운동 에너지를 가진 물 분자는 수증기로서 수면을 빠져나가게 되며 남아있는 물 분자는 낮은 운동 에너지를 가지고 있게 됩니다. 이게 대규모로 발생하는 경우 액체 질량의 전체적인 운동 에너지가 감소하여 액체를 냉각시키게 됩니다. 땀을 흘리는 것은 증발 현상을 이용하여 체온을 낮춥니다. 몸에서 땀이 증발하면 몸에 남은 땀은 시원해지고 몸에서 열을 흡수하는데 도움을 줍니다.

물이 증발하는 특성은 식물이 물을 이동시키는 데에도 사용됩니다. 물 분자는 잎의 기공을 통해 방출되어 증발하면서 부착력을 통해 아래 위치한 물 분자를 위로 끌어당깁니다. 환경적인 규모에서 물의 증발은 물의 순환과 지구의 날씨와 기후 대부분을 움직이는 엔진역할을 합니다. 지구 표면의 약 71%가 물이기 때문에 물이 증발하는 원리와 그 힘을 이해하는 것이 중요합니다.